AMD HD 7970 之 GCN 架構完全解析，帶來 GPU 革命

改革點在於執行方式

從VLIW 4到Non-VLIW架構，差異點在於執行方式。前者雖然每周期可執行4次操作（Operations），但說穿了還是1條指令。而且先前也說過，這種架構非常依賴指令最佳化，才能發揮最高效益。

而Non-VLIW架構也就是GCN，雖然每次只能執行1個ALU操作，但是4組SIMD可同時執行4條執行緒。且每項操作都是Occupancy Limitation，可讓使用率接近100%。理論上GCN架構在指令層面以及使用率層面，都會比以往更有效率。

▲VLIW 4與Non-VLIW架構差異最大處在於執行方式，前者只能接受1條指令，後者可執行指令增加，且核心使用率更高，效能自然會表現比較好。

複雜的記憶體共享架構

說到GCN就不得不講它的記憶體架構，由於CU內有向量運算單元又有純量運算單元，讓架構變得很複雜。每個CU有獨立的16KB L1快取，CU內每個向量運算單元又有64KB的暫存器，每4個CU再共用16KB Instruction Cache（指令快取）以及32KB Scalar Data Cache（純量資料快取）。而且所有L1快取都是可讀寫操作，並非上代只能讀取。至於L2快取則透過64bit介面與L1連接，且所有L2都是同步且可供任何CU存取。

AMD將此L1共享命名為GDS（Global Data Share，全局資料共享），認為此設計有益於CU之間的同步，原文為「Global Data Share facilitates synchronization between CUs」。

GCN的設計不難看出AMD相當重視資料同步，CU內LDS本地快取都能直接與L2連接，所有資料都是CU共享。更強的是還能跟系統記憶體同步，提高了處理器與顯示核心的交換能力，對於AMD這種有CPU又有GPU的廠商特別有利。

▲GCN的快取共享機制十分複雜，CU間可共享L1、L2快取，每個CU也有獨立的快取，有意於CU間的資料同步。

X86虛擬記憶體

不能不提的是，這次GCN支援X86 Virtual Memory（X86虛擬記憶體）功能。簡單來說就是將顯卡上GDDR5記憶體，虛擬為處理器可識別的系統記憶體。HD 7970使用的GDDR5記憶體頻寬（Memery Bandwidth）高達264GB/s，一般四通道DDR3頻寬則只有30～50GB/s不等，遠超過現在X79四通道DDR3所提供的頻寬數倍。透過虛擬記憶體，有助於GPGPU運算以及部分3D遊戲。

▲GDDR5記憶體頻寬高達264GB/s，而四通道的X79也不過30～50GB/s，透過虛擬記憶體技術，可讓顯卡記憶體被識別為系統記憶體。

暫時無用的DX 11.1

雖然HD 7970是第一張支援DirectX 11.1的顯卡，但硬體走在軟體前面有時是種不幸。由於API實在太新，導致沒有遊戲以及作業系統可支援。至少得等到Windows 8推出之後才有可能支援新API，當下支援DirectX 11.1宣示意義大於實質意義。

DirectX 11.1與以往DirectX 9.0c、DirectX 10.1一樣是個更新的小版本，並非導入新功能，而是改進自身技術。但是DirectX 11.1有個新功能只有支援DirectX 11.1的顯卡才能開啟，那就是TIR（Target Independent Rasterization）姑且直譯為目標獨立光柵。

此功能必須硬體配合才能開啟，因此過去的DirectX 11顯卡不可能透過驅動更新等方式取得。不過DirectX 11.1得等到Windows 8上市，上市之後還要等遊戲支援，看樣子DirectX 11.1還有段很長的路要走。

革命還沒結束

這次HD 7970測試受到AMD不對等的媒體政策箝制，歐美媒體早在12月底就能測試並報導，而其餘地區只能在1月9日正式解禁後拿到顯卡。HD 7970的新技術不只上述這些，另外還有記憶體除錯機制、通用運算機制、Eyefinity 2.0、ZeroCore、VCE編碼引擎、PCI-E 3.0介面、GPU解壓縮應用等等，當然還有最重要的效能測試，小編已經完成HD 7970的實測，會儘快用另一篇文章做說明。

整體來看，GCN架構是包著MIMD皮的SIMD架構，某些方面跳脫以往效率不彰的問題，但是新架構勢必需要時間最佳化，或許下個世代會看到更完整的設計。但是不論如何，目前的設計看來，GCN改進之處非常多，有令人期待之處，但也令人擔心的是，這段路NVIDIA早在2年前就開始走了，是否能一舉超過對手，還得等時間證明。

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